md_blockchain是一個Java區塊鏈平臺，基于Springboot開發的區塊鏈平臺。

理想中的區塊鏈平臺：

項目說明

主要有存儲模塊、網絡模塊、PBFT共識算法、加密模塊、區塊解析入庫等。

該項目屬于"鏈"，非"幣"。不涉及虛擬幣和挖礦。

存儲模塊

Block內存儲的是類Sql語句。聯盟間預先設定好符合業務場景需要的數據庫表結構，然后設定好各個節點對表的操作權限（ADD，UPDATE，DELETE），將來各個節點就可以按照自己被允許的權限，進行Sql語句的編寫，并打包至Block中，再全網廣播，等待全網校驗簽名、權限等信息的合法性。如果Block合法，則進入PBFT共識算法機制，各節點開始按照PrePrepare、Prepare、Commit等狀態依次執行，直到2f+1個commit后，開始進行本地生成新區塊。新區塊生成后，各節點進行區塊內容解析，并落地入庫的操作。

場景就比較廣泛了，可以設定不同的表結構，或者多個表，進而能完成各自類型信息的存儲。譬如商品溯源，從生產商、運輸、經銷商、消費者等，每個環節都可以對某個商品進行ADD信息的操作。

存儲采用的是key-value數據庫rocksDB，了解比特幣的知道，比特幣用的是levelDB，都是類似的東西。可以通過修改yml中db.levelDB為true，db.RocksDB為false來動態切換使用哪個數據庫。

結構類似于sql的語句，如ADD（增刪改） tableName（表名）ID（主鍵） JSON（該記錄的json）。這里設置了回滾的邏輯，也就是當你做了一個ADD操作時，會同時存儲一條Delete語句，以用于將來可能的回滾操作。

網絡模塊

網絡層，采用的是各節點互相長連接、斷線重連，然后維持心跳包。網絡框架使用的是t-io，也是oschina的知名開源項目。t-io采用了AIO的方式，在大量長連接情況下性能優異，資源占用也很少，并且具備group功能，特別適合于做多個聯盟鏈的SaaS平臺。并且包含了心跳包、斷線重連、retry等優秀功能。

在項目中，每個節點即是server，又是client，作為server則被其他的N-1個節點連接，作為client則去連接其他N-1個節點的server。同一個聯盟，設定一個Group，每次發消息，直接調用sendGroup方法即可。

但仍需要注意的是，由于項目采用了pbft共識算法，在達到共識的過程中，會產生N的3次方數量的網絡通信，當節點數量較多，如已達到100時，每次共識將會給網絡帶來沉重的負擔。這是算法本身的限制。

共識模塊PBFT

分布式共識算法是分布式系統的核心，常見的有Paxos、pbft、bft、raft、pow等。區塊鏈中常見的是POW、POS、DPOS、pbft等。

比特幣采用了POW工作量證明，需要耗費大量的資源進行hash運算（挖礦），由礦工來完成生成Block的權利。其他多是采用選舉投票的方式來決定誰來生成Block。共同的特點就是只能特定的節點來生成區塊，然后廣播給其他人。

區塊鏈分如下三類：

私有鏈：這是指在企業內部部署的區塊鏈應用，所有節點都是可以信任的，不存在惡意節點；

聯盟鏈：半封閉生態的交易網絡，存在不對等信任的節點，可能存在惡意節點；

公有鏈：開放生態的交易網絡，為聯盟鏈和私有鏈等提供全球交易網絡。

由于私有鏈是封閉生態的存儲系統，因此采用Paxos類共識算法（過半同意）可以達到最優的性能；聯盟鏈有半公開半開放特性，因此拜占庭容錯是適合選擇之一，例如IBM超級賬本項目；對于公有鏈來說，這種共識算法的要求已經超出了普通分布式系統構建的范疇，再加上交易的特性，因此需要引入更多的安全考慮。所以比特幣的POW是個非常好的選擇。

我們這里可選的是raft和pbft，分別做私鏈和聯盟鏈，項目中我使用了修改過的pbft共識算法。

先來簡單了解pbft：

（1）從全網節點選舉出一個主節點（Leader），新區塊由主節點負責生成。

（2）每個節點把客戶端發來的交易向全網廣播，主節點將從網絡收集到需放在新區塊內的多個交易排序后存入列表，并將該列表向全網廣播。

（3）每個節點接收到交易列表后，根據排序模擬執行這些交易。所有交易執行完后，基于交易結果計算新區塊的哈希摘要，并向全網廣播。

（4）如果一個節點收到的2f（f為可容忍的拜占庭節點數）個其它節點發來的摘要都和自己相等，就向全網廣播一條commit消息。

（5）如果一個節點收到2f+1條（包括自己）commit消息，即可提交新區塊到本地的區塊鏈和狀態數據庫。

（6）客戶端收到f + 1個成功（即便有f個失敗、再f個惡意返回的錯誤信息，f + 1個正確的也是多數派）的返回，即可認為該次寫入請求是成功的。

可以看到，傳統的pbft是需要先選舉出leader的，然后由leader來搜集交易，并打包，然后廣播出去。然后各個節點開始對新Block進行校驗、投票、累積commit數量，最后落地。

而我這里對pbft做了修改，這是一個聯盟，各個節點是平等的，而且性能要高。所以我不想讓每個節點都生成一個指令后，發給其他節點，再大家選舉出一個節點來搜集網絡上的指令組合再生成Block，太復雜了，而且又存在了leader節點的故障隱患。

我對pbft的修改是，不需要選擇leader，任何節點都可以構建Block，然后全網廣播。其他節點收到該Block請求時即進入Pre-Prepare狀態，校驗格式、hash、簽名、和table的權限，校驗通過后，進入Prepare狀態，并全網廣播狀態。待自己累積的各節點Prepare的數量大于2f+1時，進入commit狀態，并全網廣播該狀態。待自己累積的各節點Commit的數量大于2f+1時，認為已達成共識，將Block加入區塊鏈中，然后執行Block中sql語句。

很明顯，和有leader時相比，缺少了順序的概念。有leader時能保證Block的順序，當有并發生成Block的需求時，leader能按照順序進行廣播。譬如大家都已經到number=5的區塊了，然后需要再生成2個，有leader時，則會按照6、7的順序來生成。而沒有leader時，則可能發生多節點同時生成6的情況。為了避免分叉，我做了一些處理，具體的可以在代碼里看實現邏輯。

區塊信息查詢

各節點通過執行相同的sql來實現一個同步的sqlite數據庫（或mysql等其他關系型數據庫），將來對數據的查詢都是直接查詢sqlite，性能高于傳統的區塊鏈項目。

由于各個節點都能生成Block，在高并發下會出現區塊不一致的情況。如果因為某些原因導致鏈分叉了，也提供了回滾機制，sql可以回滾。原理也很簡單，你ADD一個數據時，我會在區塊里同時記錄兩個指令，一個是ADD，一個是回滾用的DELETE。同理，UPDATE時也會保存原來的舊數據。區塊里的sql落地，譬如順序執行1-10個指令，回滾時就是從10-1執行回滾指令。

每個節點都會記錄自己已經同步了的區塊的值，以便隨時進行sql落地入庫。

對區塊鏈信息的查詢，那就簡單了，直接做數據庫查詢即可。相比于比特幣需要檢索整個區塊鏈的索引樹，速度和方便性就大不同了。